El proceso de fabricación del cristal redondo.
(1) El método de deposición de películas delgadas varía según los diferentes usos y el espesor suele ser inferior a 1 μm. Existen diversas películas, como películas aislantes, películas semiconductoras y películas metálicas. Los métodos de deposición de películas delgadas incluyen principalmente CVD (deposición química de vapor (CVD)) PVD (los métodos de deposición física de vapor (PVD) incluyen crecimiento epitaxial, HCVD, PECVD, etc. PVD incluye pulverización catódica y evaporación al vacío. temperatura baja, no hay problema de gases tóxicos; la temperatura del CVD es más alta y necesita alcanzar más de 1000 oC para disociar el gas y producir efectos químicos. La adhesión de la deposición de PVD en la superficie del material es peor que la de los productos químicos. deposición de vapor, mientras que PVD es adecuado para la industria optoelectrónica, y la deposición de películas conductoras de metal se utiliza principalmente en el proceso de semiconductores, y otras películas aislantes se depositan principalmente utilizando tecnología CVD estricta. resistencia y resistencia a la corrosión.
(2) Deposición por evaporación al vacío Es un método de formación de película de uso común que utiliza calentamiento por resistencia, calentamiento por inducción o calentamiento por haz de electrones para evaporar y depositar materias primas en el sustrato. La longitud media del camino libre de las moléculas (o átomos) de la materia prima evaporada es inferior a 10 -4 Pa y alcanza decenas de m, por lo que pueden llegar al sustrato directamente sin chocar con otras moléculas. Sin embargo, cuando se deposita una película delgada en la superficie del escalón mediante evaporación al vacío, la cobertura de la superficie (cobertura) generalmente no es ideal si Crambo se puede evacuar a un vacío ultra alto (.
(3) Deposición por pulverización La llamada pulverización es el uso del impacto de partículas de alta velocidad (como iones de argón). Una tecnología que elimina los átomos en la superficie sólida y utiliza este fenómeno para formar una. película delgada, es decir, los iones en el plasma se aceleran para golpear el objetivo en bruto, y los átomos del objetivo golpeado se depositan en la superficie del sustrato opuesto para formar una película delgada, que es similar al método de evaporación al vacío en comparación con el método de pulverización catódica. , el método de pulverización catódica tiene las siguientes características: la parte escalonada tiene buena cobertura y puede formar una película uniforme de área grande. La película formada puede obtener una película con la misma composición que el objetivo compuesto, una película aislante y una película de alto punto de fusión. material puntiagudo y se puede obtener la película formada. La película tiene buenas propiedades de adhesión al material subyacente. Por lo tanto, los electrodos y las aleaciones de aluminio utilizadas para el cableado (Al-Si, Al-Si-Cu) se forman mediante pulverización catódica. El método de pulverización más común es en placas paralelas. Se aplica indirectamente una fuente de alimentación de alta frecuencia (13,56 MHz) al electrodo para ionizar el gas argón (la presión es de 1 Pa) y los átomos pulverizados desde el objetivo se depositan en el sustrato colocado. el otro electrodo para aumentar la velocidad de formación de la película, generalmente se usa un campo magnético para aumentar la densidad de los iones. Este dispositivo se llama instrumento de pulverización catódica, que utiliza alta presión para liberar gas argón inerte. atrae iones cargados positivamente acelerando el campo eléctrico del cátodo, golpea el objetivo en el cátodo y luego deposita el objeto a recubrir sobre el sustrato. Generalmente, agregar un campo magnético para aumentar el camino libre de los electrones puede aumentar la tasa de disociación. Si el objetivo es un metal, se puede utilizar un campo eléctrico de CC. Si no es un metal, los iones positivos no pueden continuar atrayendo cargas positivas debido a la acumulación de cargas positivas en la superficie del objetivo. cambiar a un campo eléctrico de radiofrecuencia puede resolver el problema (debido a que la frecuencia de oscilación del campo cambia demasiado rápido, los iones positivos no pueden seguir el ritmo del cambio y el efecto catódico ocurre cuando la radiofrecuencia está en su lugar). La conocida "Ley de Moore" en el campo de la informática, que es Intel Corporation. Un manuscrito utilizado por Gordon Moore, uno de los fundadores, al resumir los patrones de crecimiento de los chips de memoria en 1965 (se dice que estaba preparando un discurso en). la hora).
Los entendidos suelen citar la Ley de Moore como: "El número de transistores por pulgada cuadrada de oblea de silicio se duplica cada 65438 + 2 meses". Aquí hay una foto de Moore citada en un periódico en 1965. :
El número citado por Moore en el periódico era 1965.
El gráfico muestra que la densidad de los transistores se duplica cada 12 meses, sin embargo, este aspecto no se analiza completamente en el breve artículo de Moore. La intención original de Moore al publicar ese artículo era discutir cómo reducir razonablemente el tamaño del cuerpo de los transistores y el costo de fabricación de los circuitos integrados.
Es más, sabía que esta reducción de tamaño tendría enormes implicaciones: los futuros circuitos integrados serían más baratos y más funcionales, y más transistores podrían integrar, lo que haría que la electrónica fuera más barata y más popular, lo que en última instancia tendrá un enorme impacto en la vida humana. y trabajo.
La Ley de Moore menciona que la reducción de costos es uno de los mayores atractivos de los circuitos integrados, y con el desarrollo de la tecnología, cuanto mayor es el grado de integración, más obvia es la ventaja del bajo costo. Para un circuito simple, el costo de cada componente es inversamente proporcional al número de transistores incluidos en el circuito. Pero al mismo tiempo, a medida que aumenta el nivel de integración, también aumentará la complejidad del circuito y también aumentará el coste de fabricación. Por supuesto, es importante señalar que el artículo original de Moore tenía sólo cuatro páginas y ahora es mucho más largo. Esto se debe a que el nombre "Ley de Moore" no es muy estricto, porque en realidad no es una ley científica o natural. A lo sumo, es solo una ley que describe la ley de desarrollo única del crecimiento exponencial provocada por el avance continuo de los semiconductores. tecnología de producción.
Entonces, ¿qué quiere decir Moore con "complejidad con un coste mínimo de componentes"? ¿Cuál es la relación entre defectos de fabricación, costos de fabricación e integración? Reescribamos la conocida "ley de duplicación de transistores" de acuerdo con la intención original del autor: la cantidad de transistores contenidos en un chip de circuito integrado que minimiza el costo de fabricación convertido de cada transistor se duplicará cada año.
Después de esa reescritura, la Ley de Moore puede estar más cerca de la intención original del Sr. Moore. Sin embargo, sigue siendo difícil expresar con precisión la interacción entre la reducción de costos de cada componente y el costo de fabricación de circuitos integrados causado por una mayor integración. Así que expliquemoslo en detalle a continuación para que todos puedan comprender más a fondo la esencia de la Ley de Moore. La mayoría de los lectores ya saben que cada chip se corta a partir de una oblea de silicio, por lo que lo analizaremos desde la perspectiva del proceso de producción del chip. La siguiente imagen es una oblea de silicio de un chip integrado. (La oblea de silicio de la derecha es la oblea de silicio utilizada en el proceso P4 de 0,13 micrones).
Los transistores se graban en la oblea de silicio mediante técnicas químicas y de litografía de circuitos. Una vez finalizado el grabado, los chips individuales se cortan uno por uno de la oblea.
En el diagrama esquemático de la oblea de silicio, el área marcada con un punto amarillo indica que hay un determinado defecto en esta área, o que el transistor grabado en la oblea de silicio no juega ningún papel. Todo esto se debe a las limitaciones del proceso de fabricación, y cualquier chip con los problemas anteriores será desechado porque no puede funcionar correctamente. En la imagen de arriba, se grabaron 16 transistores en una oblea de silicio, pero 4 de ellos estaban defectuosos, por lo que tuvimos que desechar 4 de los 16 chips (es decir, 1/4 de la oblea). Si esta oblea representa todas las obleas producidas en nuestro proceso productivo, significa que nuestra tasa de desperdicio es 1/4, lo que conducirá a un aumento en los costos de fabricación.
Tenemos dos formas de reducir la tasa de desperdicio de transistores y aumentar la tasa de rendimiento actual del 75% sin realizar mejoras sustanciales en el proceso de fabricación actual. Una es mejorar nuestro proceso de producción, optimizar la tecnología de procesamiento y reducir la densidad de defectos en cada oblea de silicio. Pero antes de discutir cómo reducir la densidad de los píxeles muertos, creo que deberíamos tomarnos un momento para que todos comprendan los dos parámetros básicos de producción de los semiconductores: el tamaño de la oblea y el tamaño del grabado.
Cuando un fabricante de semiconductores construye una nueva planta de producción de chips, normalmente verá que utiliza estos dos números en relación con los materiales utilizados: tamaño de oblea y tamaño de característica. El tamaño de la oblea es el valor del diámetro de las obleas de silicio utilizadas en la producción de semiconductores. En términos generales, el tamaño de las obleas de silicio producidas por un conjunto específico de equipos de producción de obleas de silicio es fijo, porque el costo de modificar el equipo original para producir obleas de silicio de nuevo tamaño es bastante asombroso. Estos costos casi pueden permitir construir una nueva fábrica de producción. Por tanto, el tamaño de la oblea no se puede aumentar arbitrariamente.
Se podría imaginar que las obleas de silicio más grandes son mejores, por lo que se pueden producir más chips por oblea. Sin embargo, las obleas de silicio tienen una característica que limita a los fabricantes a la hora de aumentar el tamaño de las obleas de silicio a voluntad. Es decir, cuanto más lejos del centro de la oblea, más fácil es que aparezcan píxeles defectuosos durante el proceso de producción de la oblea. Por tanto, el número de puntos defectuosos aumenta desde el centro hacia el exterior de la oblea de silicio. Los fabricantes de semiconductores siempre intentan limitar el número máximo de píxeles muertos en una oblea. Por ejemplo, el tamaño de oblea utilizado en la fabricación de CPU 8086 era originalmente de 50 mm, pero ahora Intel ha comenzado a utilizar plantas de producción de obleas de silicio de 300 mm para producir procesadores de nueva generación.
En cuanto al tamaño de grabado, es el tamaño más pequeño que el equipo de fabricación puede grabar en la oblea de silicio.
Entonces, cuando escuchas que P4 usa un proceso de 0,13 micrones, significa que el tamaño de transistor más pequeño del Pentium 4 puede ser tan grande como 0,13 micrones, lo que significa que el tamaño de transistor más pequeño que esta fábrica puede grabar en la oblea es de 0,13 micrones. A menudo verás que los términos "tamaño de grabado" y "tamaño de transistor" se usan indistintamente porque las características más importantes de un circuito integrado son los transistores.
El tamaño de grabado de 8086 es 3u, el tamaño de grabado de Pentium es 0,8u, el tamaño de grabado actual de Pentium 4 es 0,13u y la fábrica de obleas de silicio que Intel está construyendo actualmente puede grabar 0,09u. El tamaño del grabado es el mismo que el tamaño de la oblea de silicio. El tamaño del grabado es fijo. Todos los fabricantes de obleas de silicio producen chips de acuerdo con ciertos tamaños de grabado específicos. Aunque hablaremos más sobre el tamaño del grabado en este artículo, por ahora nos gustaría señalar que es un parámetro fijo y no cambia con frecuencia. A continuación, explicaremos el tamaño de la oblea y el tamaño del grabado con más detalle con un ejemplo sencillo.